[发明专利]一种煤制气高温空气预热器

说明书

本发明公开了一种煤制气高温空气预热器，包括壳程、管程、进口管箱和出口管箱，壳程由壳体、空气进口和空气出口组成；管程由双管板组件、第三管板、换热管束组成；进口管箱位于双管板组件前端、出口管箱位于第三管板的后端，壳体位于双管板组件和第三管板之间并与之固定连接。本发明的煤制气高温空气预热器，采用双管板结构并在其隔离腔设置有冷却装置、每根换热管出口端均设置有柔性膨胀器、在煤气接触部位排除换热管束换热部位外均设置有隔热保护设施，本设备有效地利用了高温煤气介质换热，使空气介质预热温度达到600℃～750℃，实现了能源的有效利用，由于空气预热的热携带量增大，使工艺过程中反应炉的燃烧反应速率加快，达到了节能减排的目的。

技术领域

本发明涉及空气预热器技术领域，尤其涉及一种煤制气生产流程中的煤制气高温空气预热器。

背景技术

空气预热器作为一种换热器，属于节能设备之一，在国民经济中起到非常重要的作用，广泛应用于石油、化工、石油化工、冶金、电力、炭黑等行业。它的作用是利用回收的高温烟气，通过换热将空气预热到一定温度，来提高工艺流程中燃烧过程的反应温度，提高反应效率。随着节能技术的不断发展，空气预热器应用领域不断扩大。

近年来，困扰人们的雾霾、PM2.5等问题愈加严重，由煤炭直接燃烧带来的废渣、废气的环境污染问题不容忽视，将低品质的煤制成煤气的技术，改变了以往煤炭资源直接燃烧的使用方式，将煤炭变为一种清洁的可燃气体使用。煤制气空气预热器就是利用此工艺流程中的高温煤气，将空气预热到一定温度的换热设备。在煤制气工艺流程中，进入反应炉的空气预热温度越高，带入反应炉的热量越多，减少了加热过程所需的热量，减少了该过程需要消耗的煤炭量和助燃空气量，从而减少了空气消耗量，使空气煤比下降，进而减少了氮气的带入量，使得煤气中可燃组分的相对含量增加，有效提高产气的热值和品质。因此，能将高温煤气的热量最大限度转化成空气热量，是煤制气工艺所需。

而设备的结构决定了设备的性能，事实是，现有技术的煤制气空气预热器依靠传统的固定管板结构及选材问题，仅能将工艺空气加热到200℃左右，原因是现有设备结构不能适应高温煤气这种工况。这种结构由于高温工况材料应力下降及受热膨胀变形等问题，设备在运行中频频出现各种失效，如壳体鼓包、换热管拉断及管板开裂等现象，不但煤气热能得不到有效利用，设备受损同时影响整个工艺流程停车，造成了很大的经济损失。这种情况下，一方面造成了煤气热量的浪费，另一方面限制了反应炉的反应温度，严重影响了煤气的产率。在此情况下，急需一种适应于这个场合特点的换热结构，来满足工艺需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种煤制气高温空气预热器，尤其涉及煤制气工艺流程中能适用1000℃的高温煤气工况，通过有效换热，将空气温度预热到600℃～750℃。

本发明为解决其技术问题采用的技术方案是：一种煤制气高温空气预热器，包括壳程、管程、进口管箱和出口管箱；壳程包括壳体、空气进口和空气出口；管程包括采用双管板组件、第三管板和换热管束；进口管箱设置在管程的前端、与外来烟气管道法兰连接；出口管箱设置在管程后端、与送出烟气管道法兰连接；空气进口和空气出口位于壳程的两端；在双管板组件和第三管板之间用壳体连接固定。

进口管箱侧是高温端，在进口管箱侧采用双管板组件结构，由第一管板、第二管板管板孔对正布置后与筒节连接形成一个隔离腔，隔离腔对应筒节上设置数个接管，在第二管板中心位置管板孔上设置1-6支冷风管。通过双管板组件筒节上的接管设置冷却装置，冷却装置包括进气口、集箱和分流器；分流器包括弯头和金属软管组成。设备在运行时引入一股工艺冷空气，由进气口进入集箱，然后经分流器均布分配进入隔离腔。进入隔离腔的这股冷空气使管板工作状态下的温度降低，然后通过冷风管导入壳体内，换热后被加热到600℃～750℃，从空气出口排出。这种结构，既达到了降温的目的也不影响工艺流程。

为有效吸收换热管的热膨胀量，防止因换热管不均匀膨胀而引起的管束扭曲变形，保证设备正常工作，在换热管束的每根换热管出口端设置有柔性膨胀器，柔性膨胀器包括多波纹膨胀节结构型式。